甲醇水填料精馏塔设计示例

甲醇—水分离装置的工艺设计

摘要

甲醇是一种重要的化工原料，其用途广泛，是基础的有机化工原料和优质燃料。主要应用于精细化工，塑料等领域，用来制造甲醛、醋酸、氯甲烷、甲氨、硫酸二甲脂等多种有机产品，也是农药、医药的重要原料之一。

甲醇易于吸收水蒸汽、二氧化碳和某些其它物质，因此只有用特殊的方法才能制得完全无水的甲醇。精馏是应用最广的传质分离操作，板式塔是目前最主要的精馏塔塔型，对它的研究一直长盛不衰。筛板塔和浮阀塔成功地取代泡罩塔是效益巨大的成果。板式塔的设计已达到较高水平，设计结果比较可靠。马伦戈尼效应造成的界面湍动现象和汽液两相间的不同接触工况的研究，使认识得到了深化，对传质效率的研究有所促进。具有各种特点的新型塔板开发研究不断取得成果。对于塔板上汽液两相流动和混合状况、雾沫夹带及它们对效率的影响研究不断深入，但离得到一个通用而可靠的效率估算模型尚有较大距离，特别是多元系统的效率。进一步深入进行塔中汽液两相流动状况的研究，对于预测压降、传质效率和塔板的可操作区域，对于认识至今了解甚少的降液管中状况都十分有意义。

关键词：甲醇；精馏；板式塔

目录

摘要 (1)

目录 (2)

前言 (3)

第一章文献综述 (5)

1.1甲醇 (5)

1.1.1甲醇的性质 (5)

1.1.2甲醇的用途 (5)

1.1.3甲醇工业 (5)

1.1.4甲醇的下游产品 (6)

1.2精馏原理 (7)

1.3板式塔 (8)

1.3.1 板式塔分类 (8)

1.3.2 板式塔的结构 (8)

1.3.3 板式塔的特点 (10)

1.3.4 板式塔的作用 (10)

第二章设计部分 (12)

2.1设计任务 (12)

2.2 设计方案的确定 (12)

2.3 设计计算 (12)

2.3.1 精馏塔的物料衡算 (12)

2.3.2 精馏塔塔板数的确定 (13)

2.3.3 精馏塔的工艺条件及物性数据的计算 (14)

2.3.4 精馏塔的塔体工艺尺寸计算 (17)

2.3.5 塔板主要工艺尺寸的计算 (18)

2.3.6 筛板的流体力学验算 (20)

2.3.7 塔板负荷性能图 (23)

第三章结论 (27)

参考文献 (29)

致谢 (30)

前言

甲醇是仅次于三烯和三苯的重要基础有机化工原料,尤其近年来在有些以达国家中, 甲醇以清洁燃料的身份登上了环境保护的殿堂,更使其身份倍增.因此,发达国家中甲醇产量仅

次于乙烯,丙烯,苯,居第四位.。甲醇能与水、乙醇、乙醚、苯、酮类和大多数有机溶剂限混合。甲醇易于吸收水蒸汽、二氧化碳和某些其它物质，因此只有用特殊的方法才能制得完全无水的甲醇。分离甲醇有很多方法，这次我用的分离方法是精馏塔的板式塔分离法。

板式塔是目前最主要的精馏塔塔型，对它的研究一直长盛不衰。筛板塔和浮阀塔成功地取代泡罩塔是效益巨大的成果。板式塔的设计已达到较高水平，设计结果比较可靠。马伦戈尼效应造成的界面湍动现象和汽液两相间的不同接触工况的研究，使认识得到了深化，对传质效率的研究有所促进。具有各种特点的新型塔板开发研究不断取得成果。对于塔板上汽液两相流动和混合状况、雾沫夹带及它们对效率的影响研究不断深入，但离得到一个通用而可靠的效率估算模型尚有较大距离，特别是多元系统的效率。进一步深入进行塔中汽液两相流动状况的研究，对于预测压降、传质效率和塔板的可操作区域，对于认识至今了解甚少的降液管中状况都十分有意义。

第一章文献综述

1.1甲醇

1.1.1甲醇的性质

甲醇是一种无色、透明、易燃、易挥发的有毒液体，常温下对金属无腐蚀性（铅、铝除外），略有酒精气味。分子量32.04，相对密度0.792(20/4℃)，熔点-97.8℃，沸点64.5℃，闪点12.22℃，自燃点463.89℃，蒸气密度 1.11，蒸气压13.33KPa(100mmHg 21.2℃)，蒸气与空气混合物爆炸极限 6～36.5 %（体积比），能与水、乙醇、乙醚、苯、酮、卤代烃和许多其他有机溶剂相混溶，遇热、明火或氧化剂易燃烧。

1.1.2甲醇的用途

甲醇用途广泛，是基础的有机化工原料和优质燃料。主要应用于精细化工，塑料等领域，用来制造甲醛、醋酸、氯甲烷、甲氨、硫酸二甲脂等多种有机产品，也是农药、医药的重要原料之一。甲醇在深加工后可作为一种新型清洁燃料，也加入汽油掺烧。

1.1.3甲醇工业

甲醇生产过程比较简单,原料来源多样,煤、石脑油和天然气均可制甲醇。甲醇用途广泛,它的下游产品多达几百种。近年来由于世界各国环保意识的加强,特别是美国国会于1990年11月15日通过清洁空气法修正案以后,甲醇的身价备增,全球甲醇的需求增长加快。

中国甲醇产业发展速度丝毫不逊于任何一国，仅靠最近5年的快速发展，中国甲醇产量就跃居全球首位。

但是，正如正在发育期的孩子一样，只是个头高并不能证明就是身体健康。相反，过高

的个头可能还是一种病态。

甲醇属低附加值化工产品。低成本是该类产品竞争的核心，也是生产企业采取的重要竞争战略，是企业安身立命的关键。低成本需要优化各种影响产品成本的生产要素，包括原料价格、工艺路线、融资成本、装置规模和物流费用。

1.1.4甲醇的下游产品

近年来，煤化工国产化技术装备相继取得突破，醇醚燃料、甲醇制烯烃等新兴煤化工产业方兴未艾，再加上甲醛、醋酸等传统下游产业的稳步发展，我国甲醇需求量不断提高。甲醇主要下游产品需求分析如下：

甲醛：甲醛是甲醇的主要下游产品，2005年甲醛消费约占甲醇总消费量的45%。根据全国甲醛行业协作组提供的数据显示，2005年我国甲醛产能为1231.6万t，产量为791.0万t。2005年甲醛生产消耗甲醇301万t，2006年增加到381万t。据专家预测，”十一五”期间用于木材加工、室内装饰装修的三醛胶仍是中国甲醛最大的消费领域，其对于甲醛的需求量将稳步增长。此外，随着烟台万华、上海拜尔等多套MDI装置的落成，MDI行业对甲醛的需求量将会大大增加。POM是重要的工程塑料，市场需求量将会逐年增长。中国化工、云天化等厂家都在新建或改扩建POM装置，随着这些装置的投产，甲醛消费量也会同步增加。其它产品，如乌洛托品、多元醇等对于甲醛的需求量也会有不同程度的增长。据全国甲醛行业协作组预测，截至2010年，我国将新增甲醛产能约200万t/年，总产能将达到约1400万t/年，产量约1000万t/年。按生产1吨甲醛需要0.47t甲醇计算，届时甲醛生产大约需要消耗甲醇470万t。

醋酸：甲醇另一主要用途是生产醋酸。根据全国醋酸行业协作组提供的数据显示，2005年我国甲醇羰基合成法制醋酸产能约为90万t，产量76.6万t，消耗甲醇49万t；2006年产能约为140万t，产量118.3万t，消耗甲醇76万t。我国醋酸主要消费领域是醋酸乙烯/聚乙烯醇、醋酸酯类、醋酐、对苯二甲酸(PTA)、氯乙酸等。预计”十一五”期间，受聚酯

和涤纶工业快速发展的带动，PTA需求将有较大幅度的增长，其对醋酸的需求也会同步增长。另外，醋酸酯类替代苯类作溶剂，有利于环境保护，将在涂料等行业中有发展空间。氯乙酸、醋酸纤维、醋酐行业对于醋酸的需求量也会有不同程度的增长。醋酸乙烯与乙烯共聚树脂也有巨大的市场。预计2010年，醋酸市场需求约500万t。

醇醚燃料和甲醇制烯烃：发展醇醚燃料有利于缓解我国石油供需矛盾，是近期替代能源工作的重点。如果甲醇汽油标准能够在2008年制定完毕，而且国家允许甲醇汽车上市，同时加油站等配套系统能够得到完善，则预计2010年我国M85～M100的甲醇汽车将达到1万辆左右，按每辆汽车每年消耗20吨甲醇计算，则共需要消耗甲醇20万t。另外，预计到2010年我国将有2000万t汽油掺烧甲醇，若比例按15%计算，则需要300万t甲醇。以上两部分共需要甲醇320万t。

其他：2005年我国农药、医药行业共消费甲醇74万t，其他行业如染料、溶剂以及甲胺、氯甲烷等有机原料行业共消费甲醇112.4万t。根据专家预测，“十一五”期间，我国农药、医药、染料等行业对于甲醇的需求将会相对稳定；用于生产其他有机化工产品和用作溶剂的甲醇，其消费量的增长也不会太大。预计“十一五”末期，上述行业对于甲醇的需求量约为260万～300万t/年。预计2010年我国甲醇需求量约为1800万～2100万t。

1.2精馏原理

利用均相液体混合物中两组分的挥发性不同，多次且同时进行部分汽化和部分冷凝，达到分离液体混合物的目的。由上工序来的需分离的料液经预热器加热至一定温度后由塔中部加料板加入，在加料板上与上块塔板的回流液汇合后逐板下流，最后进入塔釜进行部分加热，产生的蒸汽送回塔底作为回流汽；液体作为塔底产品。由塔顶出来的蒸汽进行冷凝后一部分作为回流液重新回到塔顶，另一部分进一步冷却后作为塔顶产品。

精馏是应用最广的传质分离操作，其广泛应用促使技术已相当成熟，但是技术的成熟并不意味着之后不再需要发展而停滞不前。称说技术的发展往往要花费更大的精力，但由于其